Modellare particelle d'oro nanometriche - delle dimensioni di milionesimi di millimetro - per migliorarne le proprietà in biomedicina e fotonica è stato reso possibile grazie a uno speciale sistema laser in un lavoro svolto presso l'Universidad Complutense de Madrid (UCM) e ora pubblicato su Scienza .

La ricerca, a cui partecipano anche il CIC biomaGUNE e l'Universidad Politécnica de Madrid, non solo rappresenta un record di qualità ottica in cui miliardi di nanoparticelle d'oro si comportano come una singola, ma introduce un nuovo modo di manipolare e migliorare i nanomateriali impiegando i laser come scalpelli nelle mani di uno scultore.

"Utilizzando laser ultraveloci, che sono molto intensi ma di brevissima durata (dell'ordine di un miliardo di trilioni di lampi al secondo), abbiamo realizzato un record mondiale di qualità ottica, dove tutte le particelle sagomate ottenute si comportano come cloni di dimensioni nanometriche", spiega Andrés Guerrero Martínez, ricercatore del Programma Ramón y Cajal presso la Facoltà di Scienze Chimiche dell'UCM.

Lo studio fornisce gli indizi fisici e chimici necessari per comprendere e controllare tali nanomateriali, considerato "perfetto" dal punto di vista ottico.

"Abbiamo cercato negli ultimi quindici anni di ottenere nanoparticelle identiche, in modo che presentino tutti lo stesso colore e le loro applicazioni siano più efficienti. In questo lavoro, ci siamo concentrati sull'uso di nanobarre d'oro, in cui variazioni minime della loro lunghezza o larghezza determinano cambiamenti significativi nel colore della luce che assorbono", dice Luis Liz Marzan, direttore scientifico del CIC biomaGUNE e ricercatore presso il Programma Ikerbasque.

Dal trattamento del tumore alla bonifica dell'inquinamento

Le applicazioni delle nanoparticelle si basano sulla loro capacità di assorbire e riflettere la luce di un colore specifico in modo sorprendentemente efficiente. Questi cosiddetti effetti plasmonici si traducono in proprietà ottiche che non possono essere raggiunte con metalli di dimensioni maggiori, anche su scala millimetrica.

Queste proprietà possono essere utilizzate per un gran numero di applicazioni utili che, in molti casi, non erano possibili fino ad ora. In medicina, non solo la luce riflessa da queste particelle può essere utilizzata per diagnosticare malattie, ma le loro proprietà di assorbimento della luce possono essere sfruttate anche per indurre il rilascio di calore per, Per esempio, il trattamento dei tumori in modo localizzato, minimizzando così i soliti effetti collaterali dei trattamenti attuali.

"Le particelle plasmoniche hanno trovato applicazioni anche in aree come la tecnologia dell'informazione, produzione di energia, o controllo dell'inquinamento ambientale, tra gli altri", dice Guillermo González Rubio, coautore dell'articolo che ha conseguito il dottorato di ricerca presso l'UCM sotto la supervisione di Andrés Guerrero Martínez e Luis Liz Marzán.

Un'altra novità di questo lavoro è l'applicazione di laser ultraveloci per modellare la geometria delle particelle e affinarne le proprietà. In questo caso, Luis Banares, professore all'UCM e coautore dell'articolo, lavora presso l'Ultrafast Laser Center (CLUR) presso l'UCM.

Per di più, in modo da comprendere la natura chimica e fisica del processo di formatura, sono state impiegate tecniche di caratterizzazione standard (spettroscopia e microscopia elettronica), così come nuovi modelli teorici e tecniche avanzate di simulazione al computer.

Secondo Ovidio Rodríguez Peña, un ricercatore presso l'UPM, "la dimostrazione di questo obiettivo e la spiegazione dei processi che lo consentono rappresentano un cambio di paradigma che può aprire nuove strade per lo sviluppo di nanomateriali con proprietà e applicazioni migliorate".